超精密点对点运动3阶轨迹规划算法研究

研究了一种优化的超精密点对点运动3阶轨迹规划算法及其精度补偿方法。首先阐述了超精密轨迹规划具有可实用性所必须具备的特征以及实现轨迹时间优化的基本要求。后以系统动力学限制为基础,考虑运动轨迹的全过程,提出了一种通过预处理以获得时间优化的3阶轨迹直接规划算法。提出了一种适当降低系统动力学限制的时间圆整方法,有效补偿了算法计算机离散实现时所带来的精度损失。实例证明了本文提出算法的有效性和可靠性。该算法也成功应用于纳米级精度的半导体加工装备的研发中。     

超精密点对点运动三阶轨迹规划精度控制

研究一种优化的超精密点对点运动三阶轨迹规划算法及其精度控制策略.在简要分析三阶轨迹轮廓可能情形的基础上,建立三个约束基准用来预判别以上情形:速度-加速度基准、位移-加速度基准和位移-速度基准,依据该基准与系统约束,提出一种考虑轨迹全过程的预处理方法,并给出时间优化的轨迹规划算法.考虑算法离散实现时的精度损失,提出一种轨迹规划内部整数积分策略,避免因浮点积分操作所造成的数据漂移而引起的精度失败.此外,提出一种基于位置修正因子的补偿方法,克服切换时间圆整所引起的终点位置偏差.实例证明提出算法的有效性和可靠性.该算法已成功应用于半导体加工装备研发中.     

步进扫描光刻机扫描运动轨迹规划及误差控制

研究一种步进扫描投影光刻机工作台扫描运动超精密轨迹规划算法及误差控制策略。在分析三阶扫描运动与步进运动轨迹规划异同点的基础上,提出三阶扫描运动轨迹规划算法。针对扫描运动精确性与严格同步性要求,分析扫描运动轨迹规划误差补偿的几个关键问题。根据扫描运动轨迹算法离散实现存在的误差,结合内部整数积分策略,提出扫描运动轨迹规划加减速段与扫描速度稳定段运动距离的离散积分策略误差控制方法。此外,为克服切换时间圆整引起的扫描曝光匀速段位置误差,提出一种基于常速扫描运动段位置修正因子的误差补偿方法。以上方法共同实现光刻机工作台扫描运动轨迹规划精度控制。实例证明提出算法是有效和精确的。该算法成功应用于100nm步进扫描投影光刻机工作台的超精密运动控制系统中。     

基于智能蚁群算法的移动机器人轨迹规划

为了提高移动机器人工作效率,减小能量损耗,优化机器人运动轨迹。建立了移动机器人运动学模型,在此基础上提出了一种智能蚁群算法的机器人误差补偿轨迹优化方法。通过蚁群搜索算法对关节空间内的驱动轮进行轨迹优化,从而实现移动机器人轨迹规划过程中的误差补偿轨迹优化。仿真结果表明,所提出的方法能够有效对机器人误差进行补偿,实现了机器人运动过程中的轨迹跟踪,保证了机器人的运动精度。     

光刻机步进扫描运动轨迹重叠规划算法

研究一种步进扫描投影光刻机的步进运动与扫描运动的轨迹重叠规划算法。根据给定的系统动力学约束,以保证最大加速度与最大速度不超限为目标,建立步进运动与扫描运动轨迹重叠规划的约束基准。依据该基准,分析步进运动与扫描运动轨迹重叠规划的各种可能情形,推导在最大程度上缩短运动执行时间的轨迹拐点调整计算公式。以此为基础,提出步进运动与扫描运动的轨迹重叠规划算法。通过仿真计算验证算法的正确性与有效性。实际应用证明该算法能在保证运动精度基础上,极大地提高生产率。该算法已被100 nm步进扫描投影光刻机工作台超精密运动控制系统所采用。     

精密转台S曲线轨迹规划及高精度控制

为提升精密转台的轨迹运动精度,本文从轨迹规划和运动控制两个方面对传统控制算法进行了改进。轨迹规划方面,推导了S曲线轨迹规划方程,并结合转台动力学约束条件给出了轨迹规划参数的取值方法,从而为运动控制算法提供了满足动力学要求的轨迹指令;运动控制方面,在传统双闭环反馈控制基础上增加了DOB扰动补偿和前馈补偿,以此改善转台的伺服性能,提升转台的运动精度。在详细说明了轨迹规划算法和运动控制算法的设计过程后,对两部分算法进行综合,给出了具体实现步骤,并以谐波转台和RV转台为实验对象进行了多组算法性能测试。实验结果表明:相比于传统控制方法,采用本文提出的方法能够使转台动态精度提升99.6%,稳态精度提升99.75%,从而证实了该算法对运动精度提升的有效性。     

纳米级运动轨迹规划和控制

为了提高超精密设备中多自由度工作台的效率和精度，在满足纳米精度要求的同时提高工程调试与集成效率，提出了一种针对多自由度工作台的轨迹规划方案。对前道工艺的应用场景和机电系统能力进行分析描述，聚焦轨迹规划的难点，提出了整定控制参数和确定轨迹动力学约束参数的方法。通过差分进化算法整定反馈控制器参数，再以控制器的实际跟踪效果和应用需求为优化目标，运用蒙特卡洛算法对参考轨迹进行优化迭代。最后与传统工程调试进行了实验对比。实验结果表明：在工作台扫描运动的重复定位精度均达到±5 nm/3σ要求的前提下，本文提出的方案能使跟踪误差快速收敛，调参次数减少约90%。该方案在保证超高运动定位精度的同时能够有效地提高工程调试与集成效率。     

Preisach逆补偿的GMA精密轨迹跟踪与实验优化

针对超磁致伸缩执行器(GMA)的非线性迟滞,研究了开环条件下采用Preisach逆模型对参考轨迹实现精密跟踪的补偿方法。简要介绍了经典Preisach迟滞数值模型,详细推导了Preisach逆模型及其数值实现方法。采用FFT数字滤波方法对一阶回转下降曲线 (FOD)实验数据进行优化处理,同时结合拉各朗日双线性插值方法,提高了在同等离散水平下Preisach模型对GMA非线性迟滞的预测精度。在精密预测的基础上,通过Preisach逆模型实现了GMA对参考轨迹的精密跟踪。实验结果表明:在0~34 μm,跟踪误差由补偿前的-14.7%~+11.2%减小到-2.9%~+2.7%。此外,FFT滤波和双线性插值算法可以明显提高Preisach模型对GMA非线性迟滞的预测精度,基于Preisach数值逆模型的补偿算法可以有效消除由于GMA非线性迟滞造成的跟踪误差。实验同时指出,如果要进一步提高跟踪精度,还须结合反馈实现闭环控制。     

超精密金刚石数控车床的刀具补偿技术研究

介绍一种在自研超精密金刚石车床上实现的基于ＰＣ的刀具补偿算法，该方法采用多缓冲区结构和多任务调度技术，充分利用ＰＣ的性能，提高了系统的效率。同时，对于刀具补偿的转接轨迹的计算方法作了改进，具有算法简洁、运算精度高的特点。该方法具有良好的通用性，适用于各种类型的机床。     

超精密金刚石数控车床的刀具补偿技术研究

介绍一种在自研超精密金刚石车床上实现的基于ＰＣ的刀具补偿算法。该方法采用多缓冲区结构和多任务调度技术，充分利用ＰＣ的性能，提高了系统的效率，同时，对于刀具补偿的转换轨迹的计算方法作了改进，具有算法简洁，运算精度高的特点，该方法具有良好的通用性，适用于各种类型的机床。     

点焊机器人轨迹能耗模型及其优化算法研究

提出一种点焊机器人最优能耗轨迹优化方法,将机器人关节空间中的关键点用五次多项式曲线连接,并基于机器人动力学建立了永磁交流伺服电机驱动的点焊机器人轨迹能耗模型。在考虑运动学、动力学及生产周期约束的情况下,采用蜜蜂进化型遗传算法求解了点焊机器人最优能耗轨迹。为保证算法全局寻优和收敛速度,构建了一种非线性适应度函数。仿真结果表明,与之前算法相比,求解效率更高,且最优能耗轨迹较最短时间轨迹能耗明显减少。     

An AR-based hybrid approach for facility layout planning and evaluation for existing shop floors

Facility layout planning (FLP) has substantial impact on the various aspects of a manufacturing system. FLP is typically performed for new shop floors. However, enterprises nowadays are often faced with the need to reconfigure the existing shop floor layouts to synchronize the shop floor operations with the constantly changing production targets. FLP tasks for existing shop floors are often small in scale, e.g., adding or removing a couple of machines, but complex to address since a wide range of criteria need to be incorporated and the presence of the existing facilities imposes critical constraints. Current FLP approaches are not efficient to handle these issues. The development of computer-aided design (CAD) technology has provided feasible solutions to bridge this gap. In this paper, an augmented reality (AR)-based hybrid approach is proposed which facilitates on-site layout planning and evaluation in real time. By integrating AR technology with the mathematical modeling technique, the proposed approach allows the users to augment the shop floor with the facilities to be laid out, model the existing facilities to obtain their geometric data, and define the criteria and constraints to formulate the problems as multi-attribute decision-making (MADM) models. Two planning methods are employed to solve the MADM models, namely, information-aided manual planning and analytic hierarchy process (AHP)–genetic algorithm (GA)-based automatic planning. During the planning process, the criteria and the constraints are assessed in real time to provide immediate evaluation and feedback to facilitate decision-making.     

基于小波逼近的机械系统非完整运动规划数值方法

机械系统中的非完整约束通常是由不可积的速度约束或不可积的守恒律引起。由于非完整约束的存在,系统的运动控制和规划问题比一般的机械系统要困难得多。机械系统在动量和动量矩守恒且为零的情况下,系统动力学方程可降阶为非完整形式约束方程。基于这样的方程,将系统的控制问题转化为无漂移系统的非完整运动规划问题。针对带有非完整约束的机械系统,导出自由漂浮的空间机器人系统非完整运动模型。利用最优控制技术和小波分析方法,在控制输入中引入小波函数逼近,提出一种非完整机械系统运动规划数值方法。将该方法用于自由漂浮空间双臂机器人系统,仿真结果验证了方法的有效性。     

机器人轨迹规划算法的两种应用方法

为了解决工业机器人的运动平稳性问题以及提高其性能,基于轨迹规划算法提出了两种具体应用方法,即基于时间分割与基于位移分割法。分析了轨迹规划中的约束,介绍并比较了两种方法,采用梯形曲线仿真实验证明两方法,从3个方面比较二者的优缺点,说明可用来满足不同规划要求。     

考虑关节摩擦的并联机器人平滑轨迹规划

针对一种空间3自由度并联机器人,提出一种近似时间最优的平滑轨迹规划算法。与基于动力学模型的传统轨迹规划算法相比,所提出的算法模型综合考虑了所有运动关节的摩擦力矩,通过虚功原理建立了运动机构完整的动力学模型,并将运动学和动力学约束条件转换为伪速度极值曲线,同时计算出伪加速度零值边界曲线,二者相结合能更准确地反映出规划轨迹应遵循的约束条件。利用五次样条曲线分段构建相平面下伪状态、伪速度和伪加速度的平滑运动轨迹曲线,从而保证了驱动力矩、关节速度和加速度的连续性。最后利用所提出的规划方法对一种并联机器人进行轨迹规划,并通过试验验证了该方法的有效性,指出了并联机器人与串联机器人轨迹规划存在的差异,该算法可用于同类工业机器人的在线轨迹规划。     

Algorithm for solving product mix problem in two-constraint resources environment

The theory of constraints is an approach to production planning and control that emphasizes on the constraints in the system to increase throughput. One application in the theory of constraints is product mix decision. The objective of this paper is to present an algorithm to determine the product mix in a two-constraint resources environment. The theory of constraints solution could not reach optimum solution and has the risk of being infeasible when multiple constraint resources exist. The proposed algorithm is suitable for improving solutions obtained from theory of constraints and could provide throughput in product mix problems. Some alternatives are compared in this paper: the standard theory of constraints, integer linear programming, tabu search, hybrid tabu simulated annealing, and proposed algorithm solution. The numerical result shows the advantages of the proposed algorithm.     

Integrated setup planning and operation sequencing (ISOS) using genetic algorithm

Process planning is an essential component for linking design and manufacturing process. Setup planning and operation sequencing are two most important functions in the implementation of CAD/CAPP/CAM integration. Many researches solved these two problems separately. Considering the fact that the two functions are complementary, it is necessary to integrate them more tightly so that performance of a manufacturing system can be improved economically and competitively. This paper presents a generative system and genetic algorithm (GA) approach to process plan the given part. The proposed approach and optimization methodology analysis constraints such as TAD?(tool?approach?direction), tolerance relation between features and feature precedence relations to generate all possible setups and operations using workshop resource database. Tolerance relation analysis has a significant impact in setup planning for obtaining the part accuracy. Based on technological constraints, the GA algorithm approach, which adopts the feature-based representation, simultaneously optimizes the setup plan and sequence of operations using cost indices. Case studies show that the developed system can generate satisfactory results in optimizing the integrated setup planning and operation sequencing in feasible condition.